綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

劉鯉粽， 沈 棟， 趙建陽(yáng)

（煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司， 北京 100000）

1 工作面設(shè)備概況

某礦井主采煤層為2 號(hào)煤，采煤工作面沿2 號(hào)煤層走向布置，兩巷長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為1 733 m，傾向斜長(zhǎng)設(shè)計(jì)為310 m。煤層可采厚度為4.5～5.9 m，平均厚度為5.31 m，煤層賦存傾角為5°～15°，平均傾角8°。兩巷順槽與車(chē)場(chǎng)聯(lián)巷均為矩形斷面，設(shè)計(jì)巷寬4.6 m，巷高3.5 m。

工作面切眼內(nèi)安裝八架型號(hào)為ZYG14000/29/42DA（B）型過(guò)渡架，198 架ZY17000/27.5/42D 型普通支架，選用SL500 型割煤機(jī)，單刀截割深度0.6 m，配備PF6/1142 型前溜刮板輸送機(jī)，PF6/1542 型后溜刮板輸送機(jī)，另外，輔助系統(tǒng)配備有轉(zhuǎn)載機(jī)、乳化液泵、高壓噴霧泵、破碎機(jī)等設(shè)備，其中切眼內(nèi)的液壓支架和割煤機(jī)、運(yùn)輸系統(tǒng)的輸送機(jī)等設(shè)備的控制系統(tǒng)均為電液控制系統(tǒng)。

2 液壓循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 供液系統(tǒng)選型

為更好地選擇設(shè)置符合采煤工作面條件的液壓供給系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)對(duì)比選型，選定配備雙回路供液系統(tǒng)提供液壓支撐，即在液壓泵站設(shè)置連接一趟直徑為DN50 的主供液管，一趟直徑為DN63 的主回液管，形成閉合的循環(huán)供液回路；另外溜子機(jī)道電纜槽內(nèi)進(jìn)液管選用DN50，回液管為DN63；架間拉移支架用供液管進(jìn)回路均選用DN50 高壓膠管，且在切眼內(nèi)每隔30～35 m 對(duì)兩趟管子并聯(lián)串液一次。兩巷供給生產(chǎn)和噴霧用水主供水管路選用DN50 管，架間噴霧用水管用DN25 管連接。

2.2 管路標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)確定

1）從液壓泵站延伸鋪設(shè)連接到工作面支架的主供液管路選型為直徑DN50 的高壓管路，需滿足工作期間最大抗壓強(qiáng)度達(dá)31.5 MPa；主回液管路直徑選擇DN63，工作抗壓強(qiáng)度不低于9 MPa。

2）電纜槽內(nèi)鋪設(shè)管路及架間連接主供液管直徑為DN50，抗壓強(qiáng)度應(yīng)不低于31.5 MPa，主回液管路直徑選擇DN63，工作抗壓強(qiáng)度不低于9 MPa。

2.3 其他標(biāo)準(zhǔn)要求

制造液壓軟管時(shí)必須嚴(yán)格按照《液壓支架用軟管及軟管總成檢驗(yàn)規(guī)范》的相關(guān)要求進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)使用快速接頭的方式進(jìn)行組裝連接[1-3]。

為了確保油路暢通，進(jìn)回液壓油的品質(zhì)不受雜質(zhì)污染，在液壓泵站設(shè)置一個(gè)過(guò)濾站，通過(guò)加壓反向方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)沖洗。篩網(wǎng)過(guò)濾精度需要達(dá)到25 μm，不小于1 600 L/min 的過(guò)濾流量，同時(shí)，日常檢修期間要注意加強(qiáng)對(duì)油質(zhì)的檢查，定期更換篩網(wǎng)和濾片，避免造成油路堵塞。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

綜采工作面使用電壓控制系統(tǒng)主要為了便于更加智能自動(dòng)化地實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架的遠(yuǎn)程控制，其主要系統(tǒng)由智能控制系統(tǒng)和雙線通訊系統(tǒng)構(gòu)成。以此確保在井下復(fù)雜環(huán)境條件下能夠?qū)崿F(xiàn)通訊信號(hào)和信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確、可靠、快速、高效。具體組成結(jié)構(gòu)有電磁先導(dǎo)閥、主機(jī)、液控?fù)Q向閥、顯示器、語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)等安全設(shè)施。在實(shí)際操作施工中，可實(shí)現(xiàn)對(duì)相鄰支架的動(dòng)作控制、采煤機(jī)的牽引啟動(dòng)控制、自動(dòng)推溜控制、支架前后立柱升降控制，以及架間自動(dòng)噴霧控制等。

3.1 適用范圍

該類(lèi)型電液控制系統(tǒng)具有較高的普適性，對(duì)于絕大多數(shù)國(guó)產(chǎn)的掩護(hù)式液壓支架均具有良好的控制效果，有利于推進(jìn)采煤工作面實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化向智能化邁進(jìn)，為實(shí)現(xiàn)智能化的高產(chǎn)高效礦井奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

3.2 結(jié)構(gòu)組成

形成電液控制系統(tǒng)時(shí)需要將主機(jī)安設(shè)在巷道兩巷中段的中央控制處，系統(tǒng)服務(wù)器安置在工作面端頭支架上，且相連接的臨近支架均需要安裝，服務(wù)器主要由控制閥組、位移和壓力傳感器、無(wú)線電遠(yuǎn)程遙控裝置、接觸式傳感器、支架傾斜傳感器等部件組成。為滿足遠(yuǎn)距離傳輸造成的供電不足，加強(qiáng)對(duì)信號(hào)的擴(kuò)增，在工作面支架上每間隔八臺(tái)支架安裝一個(gè)防爆饋電電源箱，在割煤機(jī)上裝有紅外發(fā)射接收器，便于接受紅外信號(hào)，遠(yuǎn)程遙控。支架間電纜要求使用鎧裝電纜，以提高電纜保護(hù)強(qiáng)度，減少磨損故障。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖

3.3 特性

1）通過(guò)智能控制箱可實(shí)現(xiàn)對(duì)左右支架的動(dòng)作控制，而顯示屏也可清晰觀察動(dòng)作中的支架承受的壓力參數(shù)值，拉移支架的行動(dòng)位移量，以及故障時(shí)的故障點(diǎn)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，便于更好地掌控支架運(yùn)行狀況，及時(shí)做出調(diào)整，當(dāng)出現(xiàn)異常動(dòng)作時(shí)，激發(fā)語(yǔ)音報(bào)警裝置，可采取手動(dòng)或自動(dòng)模式進(jìn)行緊急制動(dòng)，避免支架繼續(xù)動(dòng)作引發(fā)事故發(fā)生。智能控制箱如圖2 所示。

圖2 智能控制箱

2）為提高控制箱的安全性能，其外殼主要由不銹鋼鋼板制成，具有良好的密封性，可有效防水防潮、防止銹蝕。

3）巷道中部的主控裝置主要通過(guò)已有設(shè)置程序?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，按照動(dòng)作程序執(zhí)行特定操作指令，如割煤機(jī)自動(dòng)制動(dòng)、支架自動(dòng)拉移、無(wú)線電遙控、紅外遙控等，還可改變?cè)O(shè)置好的數(shù)據(jù)參數(shù)，根據(jù)工作面實(shí)際條件變化，改變推溜移架的幅度，割煤機(jī)制動(dòng)延時(shí)控制、傳感器靈敏度等動(dòng)作。

4）主控制箱可根據(jù)工作實(shí)際需要，采取并聯(lián)方式相互連接，可單獨(dú)安裝在一條巷道，也可上下兩巷各安設(shè)一個(gè)主控箱，當(dāng)工作面斷電或單一設(shè)備出現(xiàn)故障可能中斷系統(tǒng)時(shí)，此種方式連接可有效確保工作面的操控系統(tǒng)與兩巷控制器脫離后仍可獨(dú)立運(yùn)行，傳輸信號(hào)與指令，以此提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，和處理復(fù)雜環(huán)境下故障的可靠性。

5）在切眼內(nèi)每個(gè)支架進(jìn)液口側(cè)安裝過(guò)濾器，實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)過(guò)支架乳化液的有效清洗，保證其質(zhì)量和凈化，有效防止雜質(zhì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)，導(dǎo)致管路堵塞，影響操作。過(guò)濾器裝置示意圖如圖3 所示。

圖3 過(guò)濾器裝置示意圖（單位：mm）

4 效果分析

通過(guò)對(duì)工作面電液控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造，實(shí)現(xiàn)了液壓系統(tǒng)對(duì)切眼支架的智能化、自動(dòng)化管理，提高了采煤效率，創(chuàng)造了良好的安全環(huán)境，為企業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在實(shí)踐中反復(fù)論證，取得了顯著效果。

1）通過(guò)紅外遙測(cè)及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，有效實(shí)現(xiàn)工作面的無(wú)人化操作，提高采煤系統(tǒng)的高度自動(dòng)化，逐步減少采煤作業(yè)對(duì)人力的依賴(lài)，通過(guò)減員提效降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2）電液控制系統(tǒng)的優(yōu)化促進(jìn)工作面工程質(zhì)量管理的提升，通過(guò)系統(tǒng)化的編程操作，可實(shí)現(xiàn)支架的帶壓移架，減少支架損耗，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)減少人工拉架可能出現(xiàn)的操作不當(dāng)，或架間流煤的冒頂風(fēng)險(xiǎn)，增加了安全可靠性。

3）安裝各類(lèi)傳感器后，諸如壓力傳感器、位移傳感器等，對(duì)支架監(jiān)測(cè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)了可視化，操作人員能夠更加直觀地觀察支架初撐力情況，拉移支架的位移情況等數(shù)據(jù)，以便更好地隨時(shí)做出調(diào)整，確保安全施工。